CN102052274B

CN102052274B - 一种整体式阀配流柱塞泵

Info

Publication number: CN102052274B
Application number: CN200910209594.6A
Authority: CN
Inventors: 朱熠; 李冀鹏; 刘会祥; 王宇浩; 罗翔
Original assignee: Beijing Research Institute of Precise Mechatronic Controls
Current assignee: Beijing Research Institute of Precise Mechatronic Controls
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2029-10-30
Also published as: CN102052274A

Abstract

本发明属于一种自动垂直钻井系统用油泵，具体涉及一种整体式阀配流柱塞泵。一种整体式阀配流柱塞泵，它包括传动部分、泵芯部分、配油部分、壳体部分、动密封部分以及转接块部分。本发明的优点是，它直接通过钻杆旋转驱动，有效利用了能源；三组柱塞合为一体，而每一组柱塞之间又相互独立、互不影响，在设计上最大限度利用了空间；转速低，摩擦副的使用寿命较长，工作可靠性高；采用阀配流结构，在钻杆出现反转的情况下仍然能正常工作；对于自动垂钻系统，设计上流量有较大富裕，从而活塞响应时间快，即使液压机构中出现少量内泄露时，整个系统还可以正常工作。

Description

一种整体式阀配流柱塞泵

技术领域

本发明属于一种自动垂直钻井系统用油泵，具体涉及一种整体式阀配流柱塞泵。

背景技术

柱塞泵的工作原理是利用斜盘与传动轴之间形成的夹角，通过柱塞组件、缸体将传动轴的旋转运动转换为柱塞在缸体中的往复运动，依靠柱塞往复运动形成的容积变化进行吸、排油，传动轴的连续旋转运动使吸、排油过程持续不断，从而实现了机械能到液压能的转化并能保证液压能连续输出。

柱塞泵结构紧凑、工作效率高、可获得较高的工作压力，在井下设备中应用广泛。现有的自动垂直钻井系统中，多采用分体式柱塞泵，即三个柱塞泵分别安装于钻铤外侧均布的三个槽中，通过电机或钻杆带动增速机构来驱动，每个柱塞泵的出口对应一组作动活塞。由于钻铤尺寸的限制，柱塞泵的设计空间很小，导致泵的排量小，活塞工作时响应慢。

发明内容

本发明的目的是，本发明的目的是提供一种有效利用钻井设备可用空间、可靠性高的整体式阀配流柱塞泵。

本发明是这样实现的，一种整体式阀配流柱塞泵，它包括传动部分、泵芯部分、配油部分、壳体部分、动密封部分以及转接块部分。

所述的传动部分包括传动套，传动套一端为圆环状凸台结构，并与斜盘连接，传动套还与穿过它的钻杆通过固定在其内部的矩形花键连接；所述的泵芯部分包括沿圆周方向均布的柱塞，柱塞通过其一端的球头卡在滑靴的球窝内，滑靴的底面紧贴在斜盘的斜面上，滑靴的一端还安装有卡盘，在斜盘与传动套之间还套有圆环状的支撑套，支撑套的外部设有盖板；所述的配油部分包括缸体，缸体套在传动套的外侧并位于支撑套的下端，它与配油块连接，缸体与配油块之间还设置有密封圈，缸体上开有多个柱塞腔，柱塞可在柱塞腔内往复运动，柱塞腔与配油块的出油单向阀连接，配油块中有一个进油单向阀和一个出油单向阀对应，配油块外侧设有环形槽，环形槽与出油单向阀的出口相连通；所述的壳体部分包括壳体，壳体的下侧设有出油孔并与配油块上的环形槽相连通，上侧安装有滤网，壳体的上端设有角接触球轴承，角接触球轴承放置在传动套的圆环凸台上，角接触球轴承的上部安装有端盖，端盖的上部的外缘处设有环槽盘，这两者之间安装有弹簧，配油块的下端设有支撑套，支撑套套在传动套上，支撑套的下端为角接触球轴承，在支撑套与角接触球轴承之间为弹簧；所述的动密封部分包括支撑垫，支撑垫位于配油块的下端并与其接触，支撑垫与传动套之间为盖板，浮动环位于支撑垫、盖板之间并通过支撑垫、盖板固定；所述的转接块部分包括转接块，转接块的下端面开有出油口，在出油口侧面设置有堵塞，出油口与接头的内孔连通，接头穿入转接块底部并与壳体的底部接触。

所述的传动套与斜盘通过螺钉连接，所述的卡盘和滑靴之间垫有调整垫片，盖板与斜盘之间还垫有垫圈。

本发明的优点是，它直接通过钻杆旋转驱动，有效利用了能源；三组柱塞合为一体，而每一组柱塞之间又相互独立、互不影响，在设计上最大限度利用了空间；转速低，摩擦副的使用寿命较长，工作可靠性高；采用阀配流结构，在钻杆出现反转的情况下仍然能正常工作；对于自动垂钻系统，设计上流量有较大富裕，从而活塞响应时间快，即使液压机构中出现少量内泄露时，整个系统还可以正常工作。整体式阀配流柱塞泵采用三泵合一技术，巧妙利用钻铤与钻杆之间的环形空间，将圆周方向均布的三组柱塞装在一个整体的壳体内，每组柱塞共用一个高压油出孔，即三个完全相同的柱塞泵，在外观上是一个整体式的结构。整体式阀配流柱塞泵可靠性高，排量余量较大。

附图说明

图1为本发明所提供的一种整体式阀配流柱塞泵示意图；

图2为图1的剖视图。

图中，1传动套，2斜盘，3螺钉，4柱塞，5滑靴，6锁紧螺母，7盖板，8垫圈，9卡盘，10调整垫片，11支撑套，12缸体，13配油块，14进油单向阀，15出油单向阀，16密封块，17螺钉，18密封圈，19密封圈，20密封圈，21壳体，22滤网，23端盖，24角接触球轴承，25支撑套，26弹簧，27外套筒，28环槽盘，29弹簧，30支撑垫，31盖板，32浮动环，33转接块，34接头，35堵塞，36矩形花键，37环形槽，38小孔，39进油口，40出油孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述：

如图1所示，整体式阀配流柱塞泵它主要包括以下六个部分：传动部分、泵芯部分、配油部分、壳体部分、动密封部分以及转接块部分。

其中，传动部分包括传动套1、斜盘2和螺钉3，传动套1为圆筒状结构，在传动套1一端为圆环状凸台结构，该端与斜盘2通过螺钉3连接紧固，斜盘2为圆环状的套筒结构，其中的一个端面为斜面，另一端为平面，两个端面之间成一定角度，螺钉3穿过传动套1上的圆环凸台将传动套1与斜盘2的平面端面连接，传动套1还与穿过它的钻杆通过固定在其内部的矩形花键36连接。钻杆旋转工作时，会带动传动套1、斜盘2一同转动。

泵芯部分包括柱塞4、滑靴5、锁紧螺母6、盖板7、垫圈8、卡盘9、调整垫片10和支撑套11，其中柱塞4在本实施例中共有27个，沿圆周方向均布，柱塞4为长直杆状结构，柱塞4的一端为圆头结构，柱塞4通过圆头卡在滑靴5的球窝内，滑靴5的底面紧贴在斜盘2的斜面上，滑靴5的一端还安装有卡盘9，滑靴5的一端还安装有卡盘9，卡盘9和滑靴5之间垫有垫片10，在斜盘2与传动套1之间还套有圆环状的支撑套11，在斜盘2较薄的一端支撑套11的外部连接有盖板7，盖板7与斜盘2之间还垫有垫圈8，在支撑套11的下端传动套1上还螺纹连接有锁紧螺母6，安装时拧紧锁紧螺母6使盖板7、垫圈8、卡盘9、调整垫片10、支撑套11依次压紧，同时滑靴5的底面能与斜盘2的斜面有效贴合。

配油部分包括缸体12、配油块13、进油单向阀14、出油单向阀15、密封块16、螺钉17、密封圈18、密封圈19、密封圈20，圆环状的缸体12套在传动套1上位于支撑套11的下端，它与配油块13通过螺钉17连接，缸体12与配油块13之间还设置有密封圈18，在装配时要保证两者之间的密封圈18有一定的预紧力，缸体12上开有多个柱塞腔，柱塞4穿过柱塞腔和并与配油块13的出油单向阀15连接，配油块13中有一个进油单向阀14和一个出油单向阀15对应，用来控制液压油的流动方向。在本实施例中配油块13外侧的三个环形槽37经过27个小孔38与27个出油单向阀15的出口相连通，从而使27个柱塞腔压出的液压油均分成三组，通过四个密封圈19将三个环形槽37相互隔开，互不影响。配油块13的出油单向阀的下端安装有密封块16，密封块16与配油块之间安装有密封圈20，保证液压油完全由小孔38排出。

壳体部分包括壳体21、滤网22、端盖23、角接触球轴承24、支撑套25、弹簧26、外套筒27、环槽盘28、弹簧29，壳体21为圆筒状结构，壳体21的下侧有三个出油孔分别与配油块13上的三个环形槽37相连通，上侧安装有滤网22。壳体21的上端角接触球轴承24，球轴承24放置在传动套1的圆环凸台上，球轴承24的上部安装有端盖23，端盖23的上部的外缘处安装有圆环状的环槽盘28，上部还安装有弹簧29，环槽盘28、弹簧29用于减轻下井工作时的振动。在配油块13的下端为支撑套25，支撑套25套在传动套1上，支撑套25的下端为球轴承24，在支撑套25与球轴承24之间为弹簧26。弹簧26使角接触外套筒27用来承载外部压力，保证泵内部零组件不受过大载荷。

动密封部分包括支撑垫30、盖板31、浮动环32，支撑垫30位于配油块13的下端并与其接触，支撑垫30与传动套1之间为盖板31，浮动环32位于支撑垫30、盖板31之间并通过支撑垫30、盖板31固定位置，通过浮动环32内环面与传动套1外径之间的微小间隙来实现旋转密封。

转接块部分包括转接块33、接头34、堵塞35，转接块33位于传动套1的下部，转接块33的下端面的一侧开有出油孔40，出油口为L形，在出油孔40侧面设置有堵塞35，出油孔40还有接头34连通，接头34穿入转接块33底部并与壳体21的底部接触，液压油从壳体21上的三个出油孔分别流至三个接头34的内孔中，最终从转接块33内侧旁的三个通油孔到达钻铤上相应的接口。

本发明的具体工作过程如下：

进油口39与钻铤内部的油箱连通，液压油经过进油口39、滤网22之后，进入泵内部。依靠缸体12、配油块13与传动套1之间的环形间隙通道，进油单向阀14的入口与泵内部沟通。钻杆旋转工作时，带动传动套1、斜盘2一起转动，而缸体12和配油块13是不运动的。当滑靴5与斜盘2接触面的位置由斜盘2厚的一侧到薄的一侧过程中，柱塞4逐渐从缸体12中的柱塞孔向外伸出，使柱塞孔内密封工作腔容积不断增加，产生局部真空，从而使进油单向阀14打开，此时出油单向阀15关闭，液压油进入柱塞孔，完成吸油过程；当滑靴5与斜盘2接触面的位置由斜盘2薄的一侧到厚的一侧过程中，柱塞4逐渐向缸体12中的柱塞孔内推入，使柱塞孔工作腔容积不断减小，将液压油从出油单向阀15向外压出，此时进油单向阀14关闭，完成压油过程。因此钻杆带动传动套1、斜盘2每转动一圈，每个柱塞4往复运动一次，完成一次吸油和压油动作。为了保证泵输出的液压油有较好的压力脉动，将连接环形槽37与出油单向阀15出口的小孔38均分成三组，每组的小孔38之间在圆周方向上的间隔为40°，同时三组小孔38分别与配油块13外侧的三个环形槽37相通，这三个环形槽37又分别对应壳体21上的三个出油孔。经过出油单向阀15的液压油，直接进入配油块13外侧的环形槽，然后分为三路从壳体21中三个出油孔排出，最后三路液压油经过接头34、转接块33到达与系统连接的三个出油孔40，分别为三组活塞提供动力，从而整体式阀配流柱塞泵实现了机械能到液压能的转化并能保证液压能连续输出。

本发明的样机在新疆油田T82066井进行了入井试验，入井55小时，测试数据结果表明，整体式阀配流柱塞泵工作正常，满足系统要求。

Claims

1.一种整体式阀配流柱塞泵，其特征在于：它包括传动部分、泵芯部分、配油部分、壳体部分、动密封部分以及转接块部分，所述的传动部分包括传动套（1），传动套（1）一端为圆环状凸台结构，并与斜盘（2）连接，传动套（1）还与穿过它的钻杆通过固定在其内部的矩形花键（36）连接；所述的泵芯部分包括沿圆周方向均布的柱塞（4），柱塞（4）通过其一端的球头卡在滑靴（5）的球窝内，滑靴（5）的底面紧贴在斜盘（2）的斜面上，滑靴（5）的一端还安装有卡盘（9），在斜盘（2）与传动套（1）之间还套有圆环状的支撑套（11），支撑套（11）的外部设有盖板（7）；所述的配油部分包括缸体（12），缸体（12）套在传动套（1）的外侧并位于支撑套（11）的下端，它与配油块（13）连接，缸体（12）与配油块（13）之间还设置有密封圈（18），缸体（12）上开有多个柱塞腔，柱塞（4）可在柱塞腔内往复运动，柱塞腔与配油块（13）的出油单向阀（15）连接，配油块（13）中有一个进油单向阀（14）和一个出油单向阀（15）对应，配油块（13）外侧设有环形槽（37），环形槽（37）与出油单向阀（15）的出口相连通；所述的壳体部分包括壳体（21），壳体（21）的下侧设有出油孔并与配油块（13）上的环形槽（37）相连通，上侧安装有滤网（22），壳体（21）的上端设有角接触球轴承（24），角接触球轴承（24）放置在传动套（1）的圆环凸台上，角接触球轴承（24）的上部安装有端盖（23），端盖（23）的上部的外缘处设有环槽盘（28），这两者之间安装有弹簧（29），配油块（13）的下端设有支撑套（25），支撑套（25）套在传动套（1）上，支撑套（25）的下端为角接触球轴承（24），在支撑套（25）与角接触球轴承（24）之间为弹簧（26）；所述的动密封部分包括支撑垫（30），支撑垫（30）位于配油块（13）的下端并与其接触，支撑垫（30）与传动套（1）之间为盖板（31），浮动环（32）位于支撑垫（30）、盖板（31）之间并通过支撑垫（30）、盖板（31）固定；所述的转接块部分包括转接块（33），转接块（33）的下端面开有出油口（40），在出油口（40）侧面设置有堵塞（35），出油口（40）与接头（34）的内孔连通，接头（34）穿入转接块（33）底部并与壳体（21）的底部接触。

2.如权利要求1所述的一种整体式阀配流柱塞泵，其特征在于：所述的传动套（1）与斜盘（2）通过螺钉（3）连接，所述的卡盘（9）和滑靴（5）之间垫有调整垫片（10），盖板（7）与斜盘（2）之间还垫有垫圈（8）。